白音华三号矿局部陡帮开采在端帮资源回收中的应用

李江涛    ,冷雪峰   ,李岳山

内蒙古白音华蒙东露天煤业有限公司  内蒙古自治区 锡林浩特市 026000

摘要：露天开采过程中端帮下部不可避免的压覆部分煤炭资源，不同的端帮角度影响回采煤炭资源量不同，考虑生产过程中边坡存在时间长度，内排及工作帮对端帮边坡的支撑程度，可在保证端帮整体稳定的情况下进行局部陡帮增加煤炭资源回收量。本文介绍了白音华三号矿对边坡进行稳定性分析后，采取引水疏干、及时回填的方式对局部端帮陡帮开采回收端帮保安平盘压覆资源的开采程序。端帮局部陡帮可在保证边坡稳定的前提下增大白音华三号矿的资源回收量。

关键词：边坡，端帮，陡帮开采，资源回收

引言：露天开采具有生产规模大、劳动效率高、生产成本低、资源回收率高、材料消耗少、建设周期短、安全程度高等优点，但生产过程中端帮压覆资源回收困难。端帮压覆资源上部已进行部分剥离，局部陡帮开采可在保证端帮稳定的条件下以极低的剥采比回收部分端帮压覆资源。

1.白音华三号矿边坡工程地质条件

1.1白音华三号矿边坡地层构成简介

白音华地区的煤田属于全掩盖式煤田。外围有石炭系浅变质岩与侏罗系火山岩出露，该地层分区属于天山兴安地层区—兴安分区—西乌旗小区。

白音华地区边坡地层由老至新为:

（1）下白垩统白音华组(Klb)：一套河流、湖沼相沉积的含煤、含油碎屑岩系，厚度近1400m，且不整合于兴安岭群(J3xh)之上。由粗—细—粗三套碎屑岩组成了一个完整的沉积旋回，由下至上可以划分为5个岩段：

一段：由砂砾岩、粉砂岩,泥岩和劣质油页岩组成。砾石成份以火山岩、板岩、辉长岩和花岗岩为主。

二段：泥岩为二段主体岩性。泥岩具有质纯、细腻、性脆的特点；粉砂岩富含泥质，本段以色深、含油为特性，是二连地区最重要的生油含油层。

三段：为粉砂岩、泥岩、细砂岩及砂砾岩、粗砂岩，含有巨厚煤层。泥岩页理发育，厚度变化较大，巨厚煤层和粉砂岩或泥岩互层，夹有薄层中粗砂岩，该段为区域中重要的含煤层位。

四段：以泥岩、粉砂岩质泥岩为主，局部为灰色的砂砾岩或者粗砂岩，泥岩和粉砂。

五段：以砂砾岩、中粗砂岩为主，夹有细、粉砂岩和泥岩或炭质泥岩，局部中粗砂岩及细砂岩互层，胶结疏松，固结程度较低。

（2）第三系（N2）：由杂色碎屑岩组成，多灰色、棕红色砂砾岩、泥岩或粘土，局部含有钙质结核。

（3）第四系：区域内广泛发育。

更新统（Qh）：由上部—黄褐色古阶地冲积砂砾层，中部—灰色湖滨冲积砂砾层和下部—冲洪积砾石层组成。

全新统（Qb）：由上部—冲积、湖积砂砾、砂土、淤泥层，中部—风积沙，下部—冲积、风积、残坡积砂土、砾石层组成。

1.2白音华三号矿水文地质条件简介

区域内对露天开采作业充水的含水层有第四系孔隙潜水含水层，白音华1、2、3煤组裂隙承压含水岩组。

第四系孔隙潜水含水层：以灰黄色细、中砂为主含水岩性，局部含砾，底部砾石含量较高。矿区东北部粉细砂增多，厚度变化大，由0.02m至36.67m，平均7.99m。低洼湖沼处局部有上层滞水。

白音华组裂隙承压含水岩组：包含1、2、3煤组含水岩组,含水岩主要为煤层，粗、细砂岩及砂砾岩，煤层顶底板为此三种岩石的也归并于其中。褐煤质纯、硬脆。浅灰色、绿灰色砂岩、砂砾岩为半胶结岩层，胶结物为泥质及凝灰质，胶结状态松散。在地应力作用下产生错杂裂隙，为地下水的运动和积聚提供了条件，地下水的活动又对裂隙的沟通和扩大起了一定作用。

2.端帮资源回收程序

2.1边坡稳定性分析

2.1.1端帮设计现状参数

采场端帮岩质边坡帮坡角17°，第三、四系土质边坡帮坡角14°，整体帮坡角为16°。端帮台阶高度为10m，第三、四系平盘宽度45m，台阶坡面角35°；910水平以上岩质平盘宽30m，台阶坡面角45°；910水平以下岩石硬度变大，平盘宽25米，台阶坡面角55°；3-1煤、3-3煤各保留30m宽的保安平盘，坡面角65°。

2.1.2边坡设计现状分析

白音华三号露天煤矿边坡岩层中软岩比例相对较大，工程地质条件差，对边坡稳定极为不利，根据《中电霍煤集团西乌旗白音华煤矿建设有限公司白音华三号露天煤矿首采区边坡工程地质勘查与稳定性评价报告》，设计参考相关规范，通过综合考虑确定边坡岩体的综合强度指标。具体见表1。

表1岩体物理力学性质指标推荐表

地层特征	密度ρ（g/cm3）	粘聚力C（KPa）	内摩擦角φ(°)
排弃物料	1.76	20	17
砂	1.9	0	32
粉质粘土	1.92	45	16
粘土	1.96	85	24
泥岩	1.94	65	22
3-1煤	1.24	160	28
泥岩	2.05	210	23
砂岩	2.07	180	26
3-2煤	1.31	160	28
泥岩	2.03	330	24
砂岩	2.06	130	28
3-3煤	1.39	162	30
泥岩	2.10	360	26

在白音华三号矿长远期规划中依以上述指标表对东西端帮稳定性分析结果如下：

采场东端帮稳定性分析：

白音华三号露天煤矿东帮边坡弱层主要赋存于2-1中煤顶底板、3-1煤间及3-3煤底，为碳质泥岩。

利用FLAC3D软件对三号矿采场东端帮进行分析：

图1东端帮稳定性分析结果

从三维稳定性分析结果可知，东端帮的稳定性系数为1.28，整体稳定性良好。

采场西端帮稳定性分析：

利用FLAC3D软件对三号矿采场西端帮进行分析：

图2 西端帮稳定性分析结果

从三维稳定性分析结果可知，西端帮的稳定性系数为1.24，整体稳定性良好。

表2边坡稳定系数表

边坡类型	服务年限（a）	稳定系数K
边坡上有特别重要建筑物或边坡滑落会造成生命财产重大损失者	>20	>1.5
采掘场最终边坡	>20	1.3～1.5
非工作帮边坡	<10 10～20 >20	1.1～1.2 1.2～1.3 1.3～1.5
工作帮边坡	临时	1.05～1.2
外排土场边坡	>20	1.2～1.5
内排土场边坡	<10 ≥10	1.2 1.3

随着政府对矿山生产安全重视度越来越高，采矿设计边坡稳定性也相对提高，白音华三号矿现设计端帮稳定性均超出服务年限小于10年非工作帮边坡所需稳定系数1.2。这也便于端帮局部陡帮开采工程的进行。

在仅破坏3-1煤顶板及3-3煤顶板上部第一个岩台阶的情况下经验算边坡稳定性大于临时工作帮边坡所需稳定系数1.05。

2.2疏干排水方案

含煤段中从泥岩至粗粒砂岩的各粒级岩石，皆随深度增加而强度增高。同种岩性岩石也具有随赋存深度增加而提高的明显规律。但整体遇水后易软化解体，故需做好疏干工作以保证端帮稳定性。

图3端帮顺水沟疏干示意图

在各个平盘设置排水沟，通过过道管将疏干水依次疏导至下一平盘最终汇至3-3煤底板主积水坑内以保证端帮无积水，提高边坡稳定性。

2.3设备作业方式

三号矿作业设备为液压反铲，作业方式较正铲作业有较大区别，反铲作业时，挖掘机站立台阶高于自卸车，其采掘带宽度即可作为自卸车运行道路，见下图所示：

图4设备作业方式示意图

坑下作业入换时采用折返式调车所需最小宽度：

其中—自卸车最小转弯半径；

B—自卸车宽度；

L—自卸车长度；

e—安全距离，取0.5m。

按照三号矿出煤所用最大自卸车为TL885（长10.82m,宽3.47m,最小转弯半径13m），经计算其所需最小调车宽度为21.145m，调车宽度内足布置双向车道，运输道路与台阶坡顶保留10m安全距离即32m可满足作业需求。

三号矿采掘带宽度20m，3-1煤底板平盘宽30m共50m宽，大于设备所需最小宽度32m。

2.4端帮资源回收作业程序

对3-3煤顶板岩台阶进行剥离，物料经3-3煤顶板进入内排土场，可揭露出30m宽3-3煤，对露出3-3煤进行全部回采不留保安平盘，经端帮3-3煤底板运至破碎站。采场剥离物料经3-1煤底板进入内排对回采后区域回填压脚。作业程序见图5。

图5 3-3煤回采程序示意图

在完成3-3煤回采及回填后，对3-1煤顶板岩台阶进行剥离，物料经3-1煤顶板进入内排土场，可揭露出25m宽3-1煤，对露出3-1煤进行全部回采不留保安平盘，经3-1煤底板过内排土场运至破碎站。采场剥离物料经3-1煤底板进入内排土场对3-1煤回采区回填。回填完成后端帮形态见图6。

图6 回采完成后端帮形态示意图

3.效益分析

3-1煤顶板上部岩台阶平盘宽度为25m，3-3煤顶板上部岩台阶平盘宽度为25m，3-1、3-3煤设计所留保安平盘宽30m，故3-1、3-3煤可回收宽度分别为55m、60m。端帮处煤层较薄，3-1煤、3-3煤平均厚度分别取15m、6m，容重分别为1.3t/m³、1.23t/m³，回采率取0.9。工作帮每推进一米可回收资源量为：

依市场现状，白音华三号矿每销售一吨煤可净盈利约50元，即采用端帮局部陡帮开采方式，工作帮每推进一米，可净盈利13.64万元。白音华三号矿每年正常推进度约200m，可产生净利润2727.54万元。

结语

端帮局部陡帮开采及时回填可在保证端帮稳定性的条件下增加额外资源回收量，且端帮回收资源剥采比极低经济效益较好。白音华三号矿使用该方式在不增加日常生产以外成本的前提下可提高经济收益。

参考文献

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